A Ionosfera da Terra
Vista geral – Nocturna – Diurna – Efeitos do nascer e do pôr-do-sol –
Focha solar – Relâmpago – Amostra Data
Overview
A ionosfera é definida como a camada da atmosfera terrestre que é ionizada pela radiação solar e cósmica. Encontra-se 75-1000 km (46-621 milhas) acima da Terra. (O raio da Terra é de 6370 km, pelo que a espessura da ionosfera é bastante pequena em comparação com o tamanho da Terra). Devido à alta energia do Sol e dos raios cósmicos, os átomos nesta área foram despojados de um ou mais dos seus electrões, ou “ionizados”, e estão, portanto, positivamente carregados. Os electrões ionizados comportam-se como partículas livres. A atmosfera superior do Sol, a coroa, é muito quente e produz um fluxo constante de plasma e raios UV e X que saem do Sol e afectam, ou ionizam, a ionosfera terrestre. Apenas metade da ionosfera terrestre está a ser ionizada pelo Sol em qualquer altura.
Durante a noite, sem interferência do Sol, os raios cósmicos ionizam a ionosfera, embora não tão fortemente como o Sol. Estes raios de alta energia têm origem em fontes de toda a nossa própria galáxia e do universo — estrelas de neutrões rotativos, supernovas, radio galáxias, quasares e buracos negros. Assim, a ionosfera é muito menos carregada durante a noite, razão pela qual muitos efeitos ionosféricos são mais fáceis de detectar durante a noite – é necessária uma mudança menor para os notar.
A ionosfera tem grande importância para nós porque, entre outras funções, influencia a propagação de rádio para lugares distantes na Terra, e entre satélites e a Terra. Para as ondas de muito baixa frequência (VLF) que o clima espacial monitoriza, a ionosfera e o solo produzem um “guia de onda” através do qual os sinais de rádio podem saltar e fazer o seu caminho em torno da Terra curva:
br>A ionosfera e o solo da Terra formam um “guia de onda” através do qual
VLF os sinais de rádio podem propagar-se ou “saltar” em torno da Terra.
Image cortesia Morris Cohen, Universidade de Stanford
p>A ionosfera é composta por três partes principais, nomeadas por razões históricas obscuras: as regiões D, E, e F. A densidade de electrões é mais elevada na região superior, ou região F. A região F existe tanto durante o dia como durante a noite. Durante o dia é ionizada pela radiação solar, durante a noite pelos raios cósmicos. A região D desaparece durante a noite em comparação com a diurna, e a região E fica enfraquecida.
br>Atmosfera terrestre e ionosfera
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Noite
Durante a noite (imagem abaixo, lado direito), a ionosfera tem apenas as camadas F e E. Uma onda VLF de um transmissor reflecte os iões da camada E e ricocheteia.
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Daytime
Durante o dia (imagem acima, lado esquerdo), o raio X do Sol e a luz UV aumentam a ionização da ionosfera, criando as camadas D e melhorando as camadas E, e dividindo a região F em 2 camadas. A camada D normalmente não é suficientemente densa para reflectir as ondas de rádio. Contudo, a camada E é, pelo que os sinais VLF passam pela camada D, ressaltam da camada E, e voltam a descer através da camada D até ao solo. Os sinais perdem energia à medida que penetram através da camada D e, consequentemente, os rádios captam sinais mais fracos do transmissor durante o dia. Quando ocorre uma chama solar, mesmo a camada D se torna ionizada, permitindo assim que os sinais saltem para fora dela.
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Sunrise and Sunset Effects
A altura de reflexão das ondas VLF muda de cerca de 70 km durante o dia para cerca de 85 km à noite (44-53 milhas). Durante o nascer do sol, a luz solar atinge a ionosfera antes do solo, e ao pôr-do-sol a luz continua a atingir a ionosfera depois de o Sol se ter posto acima do solo. O tempo que o Sol leva a ionizar a ionosfera uma vez que a atinge é virtualmente instantâneo.
Assim ao nascer e ao pôr-do-sol, o sinal que o seu monitor SID capta é basicamente o efeito das ondas VLF que saltam da ionosfera ao longo de todo o caminho desde o transmissor até ao receptor, que pode ser de vários milhares de milhas. Ou seja, o monitor capta este processo de mudança nas condições à medida que a luz solar varre o caminho entre o transmissor e o receptor. A duração do efeito depende da separação longitudinal entre os dois locais (porque o terminador do nascer/pôr-do-sol demora mais tempo a varrer o caminho). Assim, se observarmos principalmente os caminhos norte/sul entre o transmissor e o receptor, os dados mostrarão uma “hora do dia” bem definida e uma “hora da noite” bem definida, com uma transição bastante rápida. Para caminhos muito afastados em longitude, no entanto, o efeito sol nasce/definido dura muito mais tempo e não se caracteriza por mudanças tão rápidas. A latitude também contribui, uma vez que a equatorial diurna tem a mesma duração, mas a maior latitude diurna tem uma duração altamente sazonal.
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Solar Flare
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Fochas solares imitadas pelo satélite TRACE.
Foto cortesia NASA.
Quando ocorre uma erupção solar, a energia dos raios X da erupção aumenta a ionização de todas as camadas, incluindo o D. Assim, D torna-se agora suficientemente forte para reflectir as ondas de rádio a uma altitude mais baixa. Assim, durante uma erupção solar, as ondas percorrem menos distância (saltando de D em vez de E ou F). A força do sinal geralmente aumenta porque as ondas não perdem energia a penetrar a camada D. Contudo, a força da onda VLF durante uma erupção solar pode aumentar ou diminuir. A força do sinal pode diminuir porque quanto mais baixas as ondas reflectirem, mais colisões, ou interferências de ondas, haverá devido à atmosfera mais espessa. Estas colisões de ondas podem resultar em interferência destrutiva, como se vê no diagrama abaixo:
br>Image from New Worlds, http://newworlds.colorado.edu/starshade/
De facto, as colisões próximas da altura de reflexão são o mecanismo primário de amortecimento das ondas VLF. Contudo, existem outros factores, pelo que nem todos os distúrbios resultam numa diminuição. Assim que os raios X terminam, a perturbação ionosférica súbita (SID) termina à medida que os electrões na região D recombinam rapidamente e a força do sinal volta ao normal.
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Lightning
p>Durante o dia, a ionização do Sol geralmente sobrepõe-se a quaisquer efeitos dos raios. No entanto, durante a noite, as tempestades de raios podem ionizar a ionosfera e assim mudar onde as ondas de rádio saltam.
Foto da NOAA Photo Library.
Se vir muitos “wiggles” nos seus dados durante a noite, as ondas de rádio estão provavelmente a responder a uma tempestade de raios algures entre o seu local e o transmissor. Verificando os boletins meteorológicos, e comparando os seus dados com dados de outros locais, pode por vezes localizar onde estas tempestades ocorreram!
Noite Tempestuosa de Dados SID
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Amostra de Dados
Visualizar amostra de dados do monitor SID do WSO em Palo Alto, Califórnia, EUA. Monitorização do NAA transmissor em Cutler, Maine, EUA
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